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      網(wǎng)絡(luò)GPS技術(shù)(CORS)在開封影像圖中的應(yīng)用

      2011-10-26 07:12:32開封市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院張德廷
      河南科技 2011年8期
      關(guān)鍵詞:流動(dòng)站基準(zhǔn)測繪

      開封市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院 王 棟 張德廷

      洛陽規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司 郭雁軍

      開封市供水總公司 張 勇

      網(wǎng)絡(luò)GPS技術(shù)(CORS)在開封影像圖中的應(yīng)用

      開封市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院 王 棟 張德廷

      洛陽規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司 郭雁軍

      開封市供水總公司 張 勇

      一、概述

      2010年,開封市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院斥資20萬元,建設(shè)了一個(gè)永久連續(xù)觀測的網(wǎng)絡(luò)GPS(CORS)基準(zhǔn)站?;疚挥陂_封市市區(qū)西部,可以利用市區(qū)周邊的8個(gè)高等級(jí)控制點(diǎn)解算出4參數(shù)和7參數(shù),網(wǎng)絡(luò)能覆蓋方圓30km范圍,且點(diǎn)位精度均能滿足規(guī)范要求。與傳統(tǒng)的GPS作業(yè)相比,CORS參考站具有作用范圍廣、精度高和能夠野外單機(jī)作業(yè)等眾多優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過1年的使用,CORS系統(tǒng)在坐標(biāo)定位、圖根控制、宗地圖測繪、影像圖像控點(diǎn)測量中得到廣泛應(yīng)用,改變了傳統(tǒng)的GPS測量作業(yè)模式,極大地提高了測繪工作的效率,在城市測繪中也得到越來越多的應(yīng)用。

      二、CORS簡介

      1. CORS的定義。衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)( Continuously Operating Reference Stations,CORS) 是一種將GNSS 導(dǎo)航定位技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、測繪技術(shù)等多種技術(shù)集成在一起的實(shí)用性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),能提供移動(dòng)定位、動(dòng)態(tài)連續(xù)的空間框架等空間位置信息服務(wù)。

      2. 系統(tǒng)組成。連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)可以定義為一個(gè)或若干個(gè)固定的、連續(xù)運(yùn)行的GPS參考站,利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN/WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),能夠?qū)崟r(shí)地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動(dòng)提供不同類型的GPS觀測值、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息以及其他有關(guān)GPS的服務(wù)項(xiàng)目。

      3. CORS技術(shù)分類。CORS技術(shù)目前在技術(shù)算法上分成VRS、FTK和主輔站技術(shù)3類。與常規(guī)RTK不同,在VRS網(wǎng)絡(luò)中,各固定參考站不直接向移動(dòng)用戶發(fā)送任何改正信息,而是將所有的原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通訊線發(fā)送給控制中心。移動(dòng)用戶在工作前,先通過GSM短信息功能向控制中心發(fā)送一個(gè)概略坐標(biāo),控制中心收到這個(gè)位置信息后,根據(jù)用戶位置,由計(jì)算機(jī)自動(dòng)選擇最佳固定基準(zhǔn)站,根據(jù)基準(zhǔn)站發(fā)來的信息,整體改正GPS的軌道誤差和電離層、對(duì)流層以及大氣折射引起的誤差,將高精度的差分信號(hào)發(fā)送給移動(dòng)站。

      三、建立CORS的必要性和意義

      1. 提高測繪精度、速度與效率。CORS的建立可以大大提高測繪精度、速度與效率, 降低測繪勞動(dòng)強(qiáng)度和成本, 省去測量標(biāo)志的保護(hù)與維修費(fèi)用,節(jié)省各項(xiàng)測繪工程實(shí)施過程中約30% 的控制測量費(fèi)用。隨著CORS基站的建設(shè)和連續(xù)運(yùn)行,能夠形成一個(gè)以永久基站為控制點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò),所以,可以利用已建成的CORS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)外開放使用,收取相應(yīng)的費(fèi)用。

      2. 進(jìn)行快速預(yù)報(bào)。CORS的建立可以對(duì)工程建設(shè)進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效、長期的變形監(jiān)測, 對(duì)災(zāi)害進(jìn)行快速預(yù)報(bào)。CORS項(xiàng)目的完成將為城市諸多領(lǐng)域如氣象、車船導(dǎo)航定位、物體跟蹤、公安消防、測繪、GIS應(yīng)用等提供精度達(dá)厘米級(jí)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)GPS 定位服務(wù), 將極大地加快城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的建設(shè)。

      3. 實(shí)現(xiàn)真正的城市數(shù)字化。CORS將是城市信息化的重要組成部分,并由此建立城市空間基礎(chǔ)設(shè)施的三維、動(dòng)態(tài)的地心坐標(biāo)參考框架,從而能夠在實(shí)時(shí)的空間位置信息面上實(shí)現(xiàn)真正的城市數(shù)字化。

      四、CORS工作原理

      采用精密星歷和精密鐘差,采集距離最近的3個(gè)參考站的同步觀測值進(jìn)行差分處理,為每個(gè)三角形產(chǎn)生一組區(qū)域改正參數(shù),通過三角網(wǎng)模擬出該區(qū)域內(nèi)的綜合誤差改正模型。利用多個(gè)基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)對(duì)電離層、對(duì)流層、軌道誤差等綜合誤差模型進(jìn)行優(yōu)化,同時(shí)連續(xù)監(jiān)控參考站數(shù)據(jù)的完整性。工作時(shí),流動(dòng)站需要把它的點(diǎn)位信息(GGA數(shù)據(jù)),通過GPRS、CDMA等類型的雙向數(shù)據(jù)通訊裝置發(fā)送給中央控制站。系統(tǒng)根據(jù)流動(dòng)站位置模擬出該點(diǎn)的綜合誤差,通過正常的RTCM數(shù)據(jù)將信息發(fā)送給流動(dòng)站,流動(dòng)站再利用誤差改正雙差觀測值進(jìn)行常規(guī)RTK定位。

      五、CORS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及作業(yè)流程

      1. 系統(tǒng)原理。連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)建立在GPS硬件等技術(shù)平臺(tái)之上,它將尖端科技領(lǐng)域的衛(wèi)星定位技術(shù)、地理信息技術(shù)、通信技術(shù)和先進(jìn)的軟件開發(fā)技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起,為用戶提供了全新、透明、可視、實(shí)時(shí)的測量服務(wù)。

      2. 系統(tǒng)作業(yè)流程。基準(zhǔn)站通過連續(xù)不間斷的觀測GPS衛(wèi)星信號(hào),獲取該地區(qū)和該時(shí)間段的局域精密星歷及其他改正參數(shù),按照用戶要求把靜態(tài)數(shù)據(jù)打包存儲(chǔ)并把基準(zhǔn)站的衛(wèi)星信息發(fā)送至服務(wù)器GPS軟件上的指定位置。

      用戶單元接收到定位衛(wèi)星傳來的信號(hào),解算出地理位置坐標(biāo)。用戶單元的數(shù)據(jù)通訊模塊通過局域網(wǎng)從服務(wù)器的指定位置獲取基準(zhǔn)站提供的差分信息,之后輸入用戶單元GPS的OEM板中進(jìn)行差分解算。用戶單元在野外完成靜態(tài)測量后,可以從基準(zhǔn)站軟件中下載同步時(shí)間的靜態(tài)數(shù)據(jù),以進(jìn)行基線聯(lián)合解算。

      六、幾種GPS測量方法

      1. 靜態(tài)GPS測量。靜態(tài)GPS測量即載波相位靜態(tài)相對(duì)定位法,目前普遍應(yīng)用在各個(gè)工程項(xiàng)目控制網(wǎng)的觀測中,也是最基本的GPS技術(shù),它測設(shè)精度高,但是觀測時(shí)間較長。

      2. GPSRTK技術(shù)。GPSRTK技術(shù)是基于載波相位觀測值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù),它是利用2臺(tái)以上GPS接收機(jī)同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào),其中1臺(tái)安置在已知坐標(biāo)點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站,另外的接收機(jī)用來測定未知點(diǎn)坐標(biāo)。在RTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息傳送給流動(dòng)站,流動(dòng)站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),還要采集GPS觀測數(shù)據(jù),并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,同時(shí)給出厘米級(jí)的定位結(jié)果。該技術(shù)定位速度快、精度高,在平原地區(qū)或信號(hào)好的地區(qū)應(yīng)用廣泛。

      3. 快速靜態(tài)GPS測量法。快速靜態(tài)GPS測量法是一種新型測量方法,它的優(yōu)點(diǎn)在于架設(shè)時(shí)間短,最少只需10min,觀測速度快、工作效率高,且流動(dòng)站移動(dòng)時(shí)不必保持對(duì)觀測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤,測量精度比RTK高,而且在困難地區(qū),比如,高山地區(qū)的測設(shè)中,快速靜態(tài)GPS測量法具有其他方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

      4. 網(wǎng)絡(luò)GPS(CORS)測量法。網(wǎng)絡(luò)GPS(CORS)測量法的作業(yè)方法與GPSRTK基本相同,不同之處在于數(shù)據(jù)鏈連接,它的數(shù)據(jù)鏈連接不是靠電臺(tái)的無線電,而是靠無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)連接。在開封市,移動(dòng)聯(lián)通發(fā)射塔已經(jīng)能夠完全覆蓋整個(gè)測區(qū),所以不存在數(shù)據(jù)鏈在無信號(hào)情況下斷開的情況。

      七、應(yīng)用實(shí)例

      以測量市區(qū)影像圖像控點(diǎn)為例,如果按照傳統(tǒng)的GPS測量方法,需每天架設(shè)基站,另需專人看管,更換基站位置時(shí)還需檢校其他控制點(diǎn),并且電臺(tái)覆蓋距離較短,這些都是傳統(tǒng)GPS測量方法的弊端。而采用CORS系統(tǒng),僅需一人手持GPS流動(dòng)站,即可在市區(qū)內(nèi)任意采集像控點(diǎn)坐標(biāo),省時(shí)省力,極大地提高了工作效率。

      CORS系統(tǒng)的出現(xiàn)將使開封地區(qū)的所有測繪工作成為一個(gè)有機(jī)整體,結(jié)束了以前GPS作業(yè)系統(tǒng)單打獨(dú)斗的局面。與傳統(tǒng)RTK測量作業(yè)方式相比,其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

      1. 為城市測繪工作提供了一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn),能夠從根本上解決不同行業(yè)、不同部門之間坐標(biāo)系統(tǒng)的差異問題。

      2. GPS的有效服務(wù)范圍得到了極大擴(kuò)展。

      3. 采用連續(xù)基站,用戶可以隨時(shí)觀測,提高了工作效率。

      4. 擁有完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng),由于消除或削弱了各種系統(tǒng)誤差的影響,還可獲得高精度和高可靠性的定位結(jié)果。

      5. 用戶不需架設(shè)參考站,真正實(shí)現(xiàn)了單機(jī)作業(yè),減少了費(fèi)用。

      6. 使用固定可靠的數(shù)據(jù)鏈通訊方式,減少了噪聲干擾。

      八、精度分析

      為了比較精度,我們使用靜態(tài)GPS測量了其中一部分像控點(diǎn)進(jìn)行比較,精度如表1所示。

      表1 精度分析

      根據(jù)《城市測量規(guī)范》的要求,像控點(diǎn)的點(diǎn)位誤差不得大于圖上±0.1mm,高程誤差不得大于測圖基本等高距的1/10。根據(jù)表1,最大DX=0.065、最大DY=0.051、最大DH=0.05,因此只要采用正確的測量作業(yè)方法,利用網(wǎng)絡(luò)GPS測設(shè)像控點(diǎn)的質(zhì)量完全符合規(guī)范要求。

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